リードセンサーとホール効果センサーの比較

はじめに

数年前に登場して以来、ホール効果センサーは設計エンジニアの想像力をかき立ててきた。一般的に、ソリッドステートであればより信頼性の高いアプローチだと考えられていて、特に電気機械式デバイスと比べるとそう思われがちだった。ところが、リードセンサー技術をホール効果技術と比較すると、驚くほど興味深いいくつもの利点が見えてくる。

でもその前に、リードセンサー技術をもう少し詳しく見てみよう。リードセンサーの重要部品は、1930年代にWestern Electricによって発明されたリードスイッチだ。もう1つの主要部品は、リードスイッチを開閉するために使う磁石または電磁石。過去70年の間にリードスイッチはいくつも改良され、信頼性が高まり、品質が向上し、コストも下がってきた。こうしたリードスイッチの劇的な改善によって、品質・信頼性・安全性が最重要となる複数の重要アプリケーションで、設計採用の第一選択になっている。

リードの品質と信頼性を最も強く示す用途の1つは、自動試験装置（ATE）での使用だ。ここではこの技術が独占的に使われている。

リードスイッチはリードリレーに使われ、集積回路、ASIC、ウェハ試験、機能プリント基板試験の各種テスト構成でスイッチングを行う。これらの用途では、1つのシステムに最大20,000個のリードリレーが使われることもある。ここではリレーの故障1件が50ppmの故障率に相当する。したがってこの要件を満たすには、リードリレーは50ppmをはるかに上回る品質レベルが必要になる。これまで、このレベルの品質を持つ電気機械式デバイスは前例がなかった。同様に、いくつかの半導体デバイスでも同じことが当てはまる。初期の動作品質試験を超えた後、リードリレーは寿命期間にわたって良好に動作する必要がある。ここでは、他のあらゆるスイッチングデバイスを上回る性能が実証されている。というのも、多くの場合、自動試験装置は高額な設備投資を最大限に活用するために24時間365日稼働するからで、その結果リードリレーの寿命中に数十億回の動作が求められることもある。

好まれて使われるもう1つの例はエアバッグセンサーで、重要な安全用途として長年の実績を積み上げてきた。リードセンサーは現在、重要な自動車安全装置（ブレーキフルードレベル検知など）に多く使われているほか、除細動器、焼灼装置、ペースメーカー、微小な漏れ電流を絶縁する医療用電子機器など、多くの医療用途でも使われている。

どちらの技術でも小型化が進んでいる。ただ、リードセンサーをホール効果センサーと比較すると、いくつもの利点が見えてくる：

コスト効率が高い

一般的に、ホール効果デバイス自体のコストは低いが、動作には電源と回路が必要になる。また、信号出力が非常に低いため、増幅回路が必要になることも多い
。結果として、ホール効果センサーはリードセンサーよりかなり高価になることがある。

高い絶縁性

リードスイッチは、入力から出力、そしてスイッチ間にわたって最大10¹⁵オームまでの優れた絶縁性を持つ。これにより漏れ電流をフェムトアンペア（10¹⁵アンペア）レベルまで低減できる。一方、ホール効果デバイスの漏れはサブマイクロアンペアレベルだ。人体に挿入する医療用電子デバイス（侵襲的使用のプローブ）やペースメーカーでは、心臓近くに漏れ電流がないことが非常に重要で、マイクロアンペアやサブマイクロアンペアの電流でも心臓の重要な電気活動を変えてしまうことがある。

気密封止

リードは気密封止されているため、ほぼあらゆる環境で動作できる。

低い接点抵抗

リードはオン抵抗が非常に低く、通常は50ミリオーム程度まで低い。一方でホール効果は数百オームになることもある。

スイッチング電力

リードはナノボルトからキロボルト、フェムトアンペアからアンペア、さらにDCから6GHzまで、幅広い負荷を直接スイッチングできる。ホール効果デバイスは出力範囲が非常に限られている
。

高い磁気感度

リードセンサーは、提供できる磁気感度の範囲が広い。

取り付けが簡単

リードセンサーはE.D.I.の影響を受けにくく、静電気放電によってホール効果デバイスが深刻な損傷を受けることがよくある。

高電圧

リードセンサーははるかに高い電圧に耐えられる（小型サイズで最大1000ボルトの定格）。ホール効果デバイスは、100ボルトのような高い定格には外部回路が必要になる。

高い通電電流

リードはさまざまな負荷をスイッチングできる一方、ホール効果センサーはより小さな電圧と電流しか出力できない。

高い耐衝撃性

リードセンサーは通常、3フィートの落下試験に耐えるよう試験されており、これはホール効果センサーと同等だ。

長寿命

リードセンサーには摩耗する部品がないため、低レベル負荷（<5V @ 10 mA以下）であれば、数十億回の動作まで問題なく動作する。これは半導体のMTBF指標にも匹敵する。

広い温度範囲

リードセンサーは熱環境の影響を受けにくく、特別な追加・改造・コストなしで、通常-50° C〜+150° Cで動作する。ホール
効果センサーは動作範囲が限られている。

外部電源不要

携帯型およびバッテリー駆動デバイスに最適だ。リード製品には非常に優れた用途が数多くある。適切な用途で適切なリードを選ぶことは、しばしば重要になる。リード／リレー企業の中には、品質・信頼性・安全性が最重要となる重要用途で、リードを設計採用することに非常に長けたところもある。